Développement d’un substrat SPRi/SERS pour des applications en détection moléculaire

Development of an SPRi / SERS substrate for molecular detection applications.

• Auteur / Autrice : Raymond Gillibert
• Direction : Marc Lamy de la Chapelle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique mention Biophysique moléculaire
• Date : Soutenance le 31/05/2017
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Sorbonne Paris Nord (Bobigny, Villetaneuse, Seine-Saint-Denis ; 1970-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Chimie bioorganique, biophysique et biomatériaux pour la santé (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Humbert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Rinnert, Mahmoud Chakaroun, Catalina David
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Francois Bardeau, Adnane Mlayah

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biocapteurs

Nanostructures

Raman, Effet augmenté en surface

Imagerie

Résonance plasmonique de surface

Mots clés libres

Nanostructures d’Or et aluminium

Thiol

Functionalization de surface

LSPR

SPRI

Gold and anuminium nanostructures

Raman

Résumé

Dans cette thèse, nous décrivons sommairement les techniques utilisées qui sont l’imagerie parrésonance plasmon de surface (SPRi) et la diffusion Raman exaltée de surface (SERS). Le butprincipal du projet Piranex dans lequel la thèse s’inscrit consiste au développement d’une biopucenanostructurée bimodale permettant le couplage des deux techniques SPRi et SERS. Cettebiopuce est constituée d’un film d’or par-dessus lequel nous avons déposé un réseau carré denanocylindres en or. Un ensemble d’études ont été effectuées pour caractériser ses propriétésplasmoniques du biocapteur afin d’en optimiser le signal SERS. Nous avons ainsi constaté quel’émission du signal était fortement anisotrope, dus à l’excitation du Mode de Bragg et que lechamp proche était principalement exalté sur les bords de la nanostructure. Les propriétés furentégalement comparées avec celles de réseaux identiques déposés directement sur un substrat diélectrique.Par la suite un ensemble d’études plasmoniques et SERS ont été effectuées pourl’aluminium, autre matériaux plasmonique d’intérêt. Enfin, un protocole de détection par SERSde l’ochratoxine basé sur un aptamère fut développé et a permis la détection de l’ochratoxine dès10 pM, bien en dessous de la limite autorisée par les organismes de régulation en agroalimentaire.

In this thesis, we briefly describe the techniques used, which are surface plasmon resonanceimaging (SPRi) and surface enhanced Raman scattering (SERS). The main goal of the Piranexproject in which the thesis is based is the development of a bimodal nanostructured biochipallowing the coupling of the two techniques SPRi and SERS. This bio-chip consists of a goldfilm over which we have deposited a square array of gold nanocylinders. A set of studies hasbeen carried out to characterize plasmonic properties of the biosensor in order to optimize theSERS signal. We have thus found that the emission of the signal was strongly anisotropic, due tothe excitation of the Bragg Mode and that the near field was mainly enhanced on the edges of thenanostructure. The properties were also compared with those of identical gratings depositeddirectly on a dielectric substrate. Subsequently a set of plasmonic and SERS studies were carriedout for aluminum, other plasmonic materials of interest. Finally, a detection protocol by SERS ofochratoxin based on an aptamer was developed and allowed the detection of ochratoxin with adetection threshold of 10 pM, well below the limit allowed by food regulatory agencies